DE2812514C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschieber gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Drehschieber ist Gegenstand der US-PS 39 90 423. Dort besteht das Drehschiebergehäuse aus zwei Teilen, einem kappenartigen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil, die mittels eines einstückigen Schwenkzapfens miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Verschwenkbarkeit der Gehäuseteile um eine zum Drehschieber parallele Achse erreicht. Eine derartige Anordnung kann dazu dienen, den Einlaß und den Auslaß einer Verbrennungskraftmaschine so zu steuern, daß ein Teil der Verbrennungskraft im Zylinder zu einer selbstausrichtenden, spielfreien Dichtung zwischen dem Drehschieber und dem Drehschiebergehäuse beiträgt. Trotz der Wirksamkeit der bekannten Anordnung hat es sich gezeigt, daß der die beiden Gehäuseteile des Drehschiebers verbindende Zapfen infolge seiner einstückigen Ausbildung unter unterschiedlichen thermischen und mechanischen Belastungen eine Einschränkung der Ausrichtung der beiden Gehäuseteile bewirken kann. Im Betrieb kann es vorkommen, daß ein axiales Ende des Drehschiebers heißer wird als das andere Ende, und dadurch verformt sich die das Drehschieberelement aufnehmende Bohrung in eine geringfügig konische Form, was ein Festfressen des Elementes zur Folge haben kann.

In der weiteren Entwicklung zeigte sich, daß der dargestellte Aufbau eines Drehschiebers bei den in modernen Verbrennungsmotoren auftretenden Belastungen Nachteile aufweist. Bei hoher mechanischer Belastung in Verbindung mit hohen Temperaturgradienten im Drehschiebergehäuse und -element treten häufig Undichtigkeiten an der Gehäuseverbindung auf oder es kommt zum Fressen des Drehschiebers. Eine andere Gehäuseverbindung ist in DE-AS 10 69 931 beschieben, in der Gehäuseteile mit Bolzen und Federn so gehalten werden, daß ein Gehäuseteil schwenkbar um jede in der Gehäuseverbindungsebene liegende Achse ist und die Federn so die aufgrund thermischer Spannungen auftretenden Kräfte aufnehmen können. Andererseits kann eine solche Federhalterung bei hohen Drücken, wie sie in modernen Verbrennungsmotoren typisch sind, keinen zufriedenstellende Abdichtung des Gehäuses sicherstellen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehschieber zu schaffen, der einerseits hohe Stabilität und Dichtigkeit aufweist und andererseits eine selbstjustierende Ausrichtung beider Gehäuseteile erreicht, was durch Verschwenkbarkeit um zwei zueinander senkrechte, in der Gehäuseverbindungsebene liegende Achsen ermöglicht wird, um so thermische Ausdehnungen aufzunehmen und ein Fressen des Drehschiebers zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff.

Das die genaue Ausrichtung der beiden Gehäuseteile ermöglichende Verbindungselement kann zwei parallele Teilzapfen von im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, deren ebene Flächen einander gegenüberliegen. Jeder Teilzapfen kann sich in einer entsprechend geformten Vertiefung eines Gehäuseteils befinden und sich parallel zur Drehachse des Drehschieberelementes erstrecken, wobei zwischen den beiden Teilzapfen ein Lagerelement vorgesehen ist und das Verbindungselement gegen Drehung gesichert ist, etwa durch locker in entsprechende Bohrungen in den Teilzapfen und den zugehörigen Gehäuseteilen eingepaßte Stifte. Das Lagerelement ist vorzugsweise ein auf der ebenen Fläche eines der Teilzapfen hervorstehender Vorsprung. Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich neben der Schwenkbarkeit und die zum Drehschieber parallele Achse die Möglichkeit einer begrenzten Kippbewegung um eine zur ersten Achse senkrechte, in der Verbindungsebene beider Gehäuseteile liegende Achse.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Verbindungselement aus zwei Teilzapfen mit jeweils halbkreisförmigen Querschnitt bestehen, die einander mit ihren ebenen Flächen zugewandt sind und deren Achsen unter einem Winkel von vorzugsweise 90° zueinander verlaufen, wobei jeder Teilzapfen in einer entsprechend geformten Vertiefung in einem Gehäuseteil angeordnet ist. Es ist ferner möglich, in einem Gehäuseteil eine teilkugelförmige Vertiefung vorzusehen und ein Verbindungselement, vorzugsweise eine Halbkugel zu verwenden, das eine in diese Vertiefung eingepaßte, entsprechend teilkugelförmige Oberfläche aufweist. Weiterhin kann das Verbindungselement aus zwei zusammenwirkenden Teilelementen bestehen, von denen das eine Teilelement an einem der Gehäuseteile angebracht ist und eine teilkugelförmige Aussparung bildet, während das andere Teilelement zum anderen Gehäuseteil befestigt ist und eine teilkugelförmige Fläche zum Eingriff mit der teilkugelförmigen Aussparung aufweist, so daß sowohl eine Schwenk- als auch eine Kippbewegung der beiden Gehäuseteile zueinander möglich ist.

Das Verbindungselement für die Gehäuseteile kann von der Schmiereinrichtung für die gesamte Maschine oder einer separaten Schmiereinrichtung oder von beiden geschmiert werden, wobei in jedem Fall eine Druckzufuhr von Schmiermittel erfolgen kann. Die Teile des Verbindungselementes werden aus einem Material hergestellt, das im Betrieb keinen zu großen Abrieb erfährt, beispielsweise Chrom/Nickel-Stahl. Falls jedoch eine Abnutzung eintreten sollte, läßt sich das Verbindungselement verhältnismäßig leicht ersetzen, ohne daß eine sehr exakte Anpassung erforderlich wäre.

Wird der erfindungsgemäße Drehschieber in einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, so kann ein eine Öffnung zur Verbrennungskammer aufweisendes Gehäuseteil am Zylinder oder am Zylinderkopf befestigt werden oder einen Teil von diesem bilden, während das andere Gehäuseteil eine Kappe darstellt, die in geeigneter Weise auf dem erstgenannten Gehäuseteil festgeklammert wird. Der Motorzylinder selbst kann entlang seiner Achse bewegbar sein und wird durch Federdruck vom Kurbelgehäuse weg und gegen das kappenförmige Gehäuseteil gedrückt. Bei einer solchen Anordnung können die beiden Gehäuseteile beispielsweise mittels eines Querträgers zusammengehalten werden, der auf dem kappenförmigen Gehäuseteil ruht und vom Kurbelgehäuse abgestützt wird. Zweckmäßigerweise ist der Träger mittels Gewindebolzen am Kurbelgehäuse befestigt. Der Träger nimmt die Kräfte auf, die während der Verbrennung in der Verbrennungskammer erzeugt und über das Drehschieberelement auf das kappenförmige Gehäuseteil übertragen werden. Bei einer solchen Anordnung sollte deshalb ein kleiner Berührungs- oder Auflagebereich zwischen Träger und kappenförmigen Gehäuseteil vorhanden sein, der sich zwischen der Drehachse des Drehschieberelements und dem Verbindungselement der Gehäuseteile befindet.

Bei einer derartigen Lastverteilung entsteht im Betrieb der Maschine infolge der Verbrennungskräfte eine Kraft, die direkt auf den Drehschieber wirkt und bestrebt ist, diesen von seinem Sitz im Bohrungsbereich des der Verbrennungskammer näheren Gehäuseteils abzuheben. Diese Kraft A ergibt sich auf folgende Weise:

Diese Kraft wird vom kappenförmigen Gehäuseteil aufgenommen und im Berührungsbereich auf den Träger übertragen. Dadurch entsteht eine Gegenkraft B, die auf das kappenförmige Gehäuseteil wirkt und den Drehschieber in seinen Sitz zurückdrückt. Durch geeignete Wahl der Lage des Verbindungselements zwischen den beiden Gehäuseteilen und des Abstützpunktes kann diese Kraft B so eingestellt werden, daß sie um einen vorgegebenen Betrag größer als die Kraft A ist, beispielsweise 8% bis 15%, so daß sich eine resultierende Andruckkraft ergibt und die Berührung zwischen dem Drehschieber und seinem Sitz aufrechterhalten bleibt.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei der Verbrennung von Brennstoffen in Maschinen mit sich hin- und herbewegenden Kolben beschränkt, sondern es können beispielsweise in gewissen Arten von Drehkolbenmaschinen, etwa die nach Codey mit einem kleeblattförmigen Zylinder oder die nach Wankel mit einem epitrochoidförmigen Zylinder, getrennte Drehschieberanordnungen gemäß der Erfindung benutzt werden. Dies ist besonders wichtig bei Hochdruckmaschinen und dort, wo der örtliche Wärmefluß im Bereich des Arbeitszylinders zu hoch wird, wenn die Dichtungen für den Drehkolben durch Abstützungen unterbrochen werden, wie dies beim Wankelmotor der Fall ist, wo ein Schmelzen erfolgen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehschiebers.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Drehschiebers.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C aus Fig. 3.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehschiebers.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie D-D aus Fig. 5.

Fig. 7 zeigt ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des Drehschiebers.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist ein Teil einer Verbrennungskraftmaschine, die einen Drehschieber zur Steuerung des Ein- und Austritts von Kraftstoff und Verbrennungsgasen in den Zylinder 11 aufweist. Der Drehschieber hat ein Gehäuse, das in der Ebene normal zur Zylinderachse in zwei Gehäuseteile 3 und 4 unterteilt ist. Zur Aufnahme des nicht dargestellten Drehschieberelements 2 dient eine zylindrische Bohrung im Gehäuse. Zwei Gewindebolzen 8 sind mit ihren Enden am Kurbelgehäuse befestigt und halten mit ihren Enden mittels Muttern 9 einen Querträger 10, der auf dem oberen Gehäuseteil 3 an einem Berührungspunkt aufliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der beim Stand der Technik einstückige Verbindungszapfen der Gehäuseteile durch einen zweiteiligen Zapfen 15 ersetzt, dessen beide Teile 15a und 15b jeweils in Nuten in den beiden Gehäuseteilen angeordnet sind. Das obere Zapfenteil 15a ist von einem Mittelbereich 16 zu seinen freien Enden hin abgeflacht, so daß sich ein Lagervorsprung ergibt, der auf der ebenen Fläche des unteren Zapfenteils ruht. In den Aussparungen in den beiden Gehäuseteilen und in den zugehörigen Zapfenteilen sind locker passende Stifte 18 vorgesehen, die eine Verdrehung der Teile gegeneinander verhindern.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das obere Gehäuseteil 3 sowohl um die parallel zum Drehschieber liegende Zapfenachse verschwenkbar als auch um den Mittelbereich 16 kippbar, wie dies durch die Pfeile D angedeutet ist. Auf diese Weise wird der wirksame Durchmesser der Bohrung durch Schwenkbewegung angepaßt, während eine Anpassung an die wirksamen Durchmesser der beiden Bohrungsenden jeweils für sich durch die Kippbewegung erfolgt. Auf diese Weise können thermische und mechanische Spannungen automatisch aufgenommen werden, und die beiden Gehäuseteile sind selbstjustierend, so daß sie in einem großen Bereich von Betriebsbedingungen eng um das Drehschieberelement passen.

Fig. 3 und 4 zeigen gegenüber dem geteilten Zapfen 15 gemäß Fig. 1 und 2 eine andere Anordnung. Das die beiden Gehäuseteile verbindende Element besteht aus zwei halbrunden Zapfen 19, die einander mit ihren ebenen Flächen berühren, deren Achsen jedoch unter einem Winkel von 90° zueinander verlaufen. Diese beiden Zapfen befinden sich in entsprechend geformten und angeordneten Aussparungen in den beiden Gehäuseteilen, wobei das kappenförmige Gehäuseteil 3 sowohl durch Schwenkbewegungen als auch durch Kippbewegungen bezüglich dem unteren Gehäuseteil 4 ausgerichtet werden kann.

Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das die beiden Gehäuseteile verbindende Element aus einer Halbkugel 20 besteht, die sich in einer teilkugelförmigen Aussparung im unteren Gehäuseteil 4 befindet. Die ebene obere Fläche der Halbkugel ist auf geeignete Weise mit dem Gehäuseteil 3 verbunden. Man erkennt, daß durch das Zusammenwirken von halbkugel- und teilkugelförmiger Aussparung eine Bewegung des kappenförmigen Gehäuseteils bezüglich des unteren Gehäuseteils sowohl in Richtung der vorstehend erwähnten Verschwenkung als auch in Richtung der vorstehend erwähnten Kippung möglich ist. Außerdem sind auch kompliziertere Bewegungen möglich, da sie zusammenwirkenden Flächen keine bestimmte Bewegungsachsen bilden.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das die beiden Gehäuseteile verbindende Element ein erstes Teilelement 21 und ein zweites Teilelement 22 aufweist, die jeweils mit einem Gehäuseteil verbunden sind. Das Teilelement 21 bildet eine nach oben gerichtete, teilkugelförmige Fläche, die von einer teilkugelförmigen Aussparung im Teilelement 22 aufgenommen wird. Die Freiheitsgrade dieser Anordnung entsprechen denjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 und 6.

Claims (4)

1. Drehschieber für die Steuerung des Durchtritts von Fluiden, insbesondere für die Steuerung des Eintritts von Gasen in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine und für den Austritt von Verbrennungsprodukten, mit einem Gehäuse, das eine Bohrung und einen drehbar in der Bohrung angeordneten Schieber (2) zum Öffnen und Schließen mindestens eines Durchlasses aufweist, wobei das Gehäuse in mindestens zwei Gehäuseteile (3, 4) unterteilt ist, die flüssigkeitsdicht zusammengedrückt werden, und mit einem zapfenartigen Verbindungselement (15) zur Verbindung der beiden Gehäuseteile (3, 4), das eine relative Schwenkbewegung der Gehäuseteile (3, 4) um eine im wesentlichen parallel zur Drehachse des Schiebers (2) verlaufende Achse ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (15) aus zwei parallelen Teilzapfen (15a, 15b) von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt gebildet ist, deren ebene Flächen einander gegenüberliegen; daß jeder Teilzapfen (15a, 15b) in einer entsprechend geformten Vertiefung eines Gehäuseteils (3, 4) angeordnet ist und sich parallel zur Drehachse des Schiebers (2) erstreckt; daß der obere Teilzapfen (15a) einen Lagervorsprung (16) aufweist, der auf der ebenen Fläche des unteren Teilzapfens (15b) ruht; und daß die Teilzapfen (15a, 15b) durch Stifte (18) gegen Verdrehung gesichert sind. (Fig. 1 und 2).

2. Drehschieber für die Steuerung des Durchtritts von Fluiden, insbesondere für die Steuerung des Eintritts von Gasen in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine und für den Austritt von Verbrennungsprodukten, mit einem Gehäuse, das eine Bohrung und einen drehbar in der Bohrung angeordneten Schieber (2) zum Öffnen und Schließen mindestens eines Durchlasses aufweist, wobei das Gehäuse in mindestens zwei Gehäuseteile (3, 4) unterteilt ist, die flüssigkeitsdicht zusammengedrückt werden, und mit einem zapfenartigen Verbindungselement (19) zur Verbindung der beiden Gehäuseteile (3, 4), das eine relative Schwenkbewegung der Gehäuseteile (3, 4) um eine im wesentlichen parallel zur Drehachse des Schiebers (2) verlaufende Achse ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (19) aus zwei Teilzapfen (19) mit jeweils halbkreisförmigen Querschnitt besteht, die mit ihren ebenen Flächen aufeinanderliegen, wobei ihre Achsen unter einem Winkel von 90° zueinander verlaufen; und daß jeder Teilzapfen (19) in einer entsprechend geformten Vertiefung im zugehörigen Gehäuseteil (3, 4) angeordnet ist. (Fig. 3 und 4).

3. Drehschieber für die Steuerung des Durchtritts von Fluiden, insbesondere für die Steuerung des Eintritts von Gasen in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine und für den Austritt von Verbrennungsprodukten, mit einem Gehäuse, das eine Bohrung und einen drehbar in der Bohrung angeordneten Schieber (2) zum Öffnen und Schließen mindestens eines Durchlasses aufweist, wobei das Gehäuse in mindestens zwei Gehäuseteile (3, 4) unterteilt ist, die flüssigkeitsdicht zusammengedrückt werden, und mit einem zapfenartigen Verbindungselement (20) zur Verbindung der beiden Gehäuseteile (3, 4), das eine relative Schwenkbewegung der Gehäuseteile (3, 4) um eine im wesentlichen parallel zur Drehachse des Schiebers (2) verlaufende Achse ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (20) die Form einer Halbkugel hat, die mit ihrer Kugelfläche in einer teilkugelförmigen Aussparung im unteren Gehäuseteil (4) liegt und auf deren ebener, kreisförmiger Fläche das obere Gehäuseteil (3) aufliegt. (Fig. 5 und 6).

4. Drehschieber für die Steuerung des Durchtritts von Fluiden, insbesondere für die Steuerung des Eintritts von Gasen in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine und für den Austritt von Verbrennungsprodukten, mit einem Gehäuse, das eine Bohrung und einen drehbar in der Bohrung angeordneten Schieber (2) zum Öffnen und Schließen mindestens eines Durchlasses aufweist, wobei das Gehäuse in mindestens zwei Gehäuseteile (3, 4) unterteilt ist, die flüssigkeitsdicht zusammengedrückt werden, und mit einem zapfenartigen Verbindungselement (21) zur Verbindung der beiden Gehäuseteile (3, 4), das eine relative Schwenkbewegung der Gehäuseteile (3, 4) um eine im wesentlichen parallel zur Drehachse des Schiebers (2) verlaufende Achse ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (21) aus zwei Teilelementen (21, 22) besteht, von denen das untere Teilelement (21) im unteren Gehäuseteil (4) und das obere Teilelement (22) im oberen Gehäuseteil (3) befestigt ist, und daß die beiden Teilelemente (21, 22) mit Kugelflächen versehen sind, die zusammenpassend aufeinanderliegen. (Fig. 7).